以 3-8 译码器构建 4-16 译码器 毕业设计论文.doc
以 3-8 译码器构建 4-16 译码器 毕业设计论文
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酒泉职业技术学院 毕业设计（论文） (2008 届 ) 题目： 以 3-8 译码器构建 4-16 译码器 学院（系）： 酒泉职业技术学院机电工程系 专业班级： 08应用电子技术（ 2）班 学生学号： 081105049 学生姓名： 雷翠翠 指导教师： 何兴盛 2010 年 6月 1日 nts导师评语及成绩 nts目录 1 引言 . 1.1 电子密码锁的特点 .1 1.2 市场前景 .2 2 系统设计方案的研究 .3 2.1 本系统设计的任务 .3 2.2 设计方案的比较 .3 2.3 系统的控制特点与性能要求 .5 2.4 系统实现的原理 .6 2.5 系统实现功能分析 .7 3 系统的设计 .9 3.1 AT89S52 单片机 .9 3.2 单片机串行通信原理 .12 3.3 红外通信原理 . 4.程序设计 .21 4.1 模块介绍 .21 4.2 程序流程图 .21 5 实验测试与结果分析 . 5.4 结果 .27 参考文献 .29 附录 .30 致谢 .5 nts 摘 要 为了设计一个 4-16译码器，可将两个 3-8译码器(74LS138)和一个六反向器（ 74LS04） 级联而得。设计时，可分为三部分：电平输入控制部分、译码器及脸部分、译码显示部分。出于方便取材、节约简单的因素，电平控制部分采用开关控制高低电平，用发光二极管显示；译码器部分用两块 74LS138(74HC138)级联；译码显示部分用 16个编号（ 0-15）的发光二极管显示，对应编号的灯亮，则为响应便哈所对应的型号输出。 关键词 ： 译码；级联 ；电平输入； 译码显示 nts Abstract In order to design a line decoder 4-16, two 3-8decodgn can be divided into three parts: Level input control of the decoder of the cascade, as some decoding. For er(74LS138) derived from Cascade. Desiconvenience of material savings simple, level control switch control of the use of high-low, with light-emitting diodes display; decoding part by two 74LS138(74HC138) Cascade; decoding of the show with16 numbers(0-15), light-emitting diodes,the lights corresponding code, the corresponding numbers for the corresponding output-signal. Keyword:decoding;Cascade;levelinput;decoding show nts 译码器的 功能 简介 译码是编码的逆过程，它的功能是将具有特定含义的二进制码进行辨别，并转换成控制信号，具有译码功能的逻辑电路称为译码器。 译码器是组合逻辑电路的一个重要的器件，其可以分为：变量译码和显示译码两类。 变量译码一般是一种较少输入变为较多输出的器件，一般分为2n 译码和 8421BCD 码译码两类。 显示译码主要解决二进制数显示成对应的十、或十六进制数的转换功能，一般其可分为驱动 LED 和驱动 LCD 两类。 根据需要，输出信号可以是脉冲，也可以是高电平或者低电平。 译码器是典型的组合数字电路，译 码器是将一种编码转换为另一种编码的逻辑电路，学习译码器必须与各种编码打交道。 译码器的种类很多，但它们的工作原理和分析设计方法大同小异，其中二进制译码器、二 -十进制译码器和显示译码器是三种最典型，使用十分广泛的译码电路。 显示译码器，一般是将一种编码译成十进制码或特定的编码，并通过显示器件将译码器的状态显示出来。 编码器，一般是将十进制码转换为相应的其它编码，其实质与代码转换译码器一样，编码是译码的反过程。 nts 电路设计 2.1 设计课题分析 要设计一个 4-16 线的译码器，可以由几个小型的译码器级联而成，如可以采用 2-4 线译码器或 3-8线译码器来级联。其基本功能时将输入端输入的一个 4 为二进制数（ Q1， Q2， Q3， Q4 ）值译码成一其值对应的引脚信号输 2.2 电路设计 2.21 主体电路设计 如下图 2.2.1，主体电路包括了三个部分：电平控制输入部分、译码级联部分和译码显示部分。 nts nts2.3.1 主体电路图 2.3.2 各模块电路分析 （ 1） 电平控制输入部分 ： 此部分用 4 个 开关（ S1， S2， S3， S4 ）分别控制电平的输入。当开关闭合时，为接通，为高电平 1；当开关断开时，为低电平 0。 （ 2） 级联译码部 分 74LS138(如图 1.6)仅有 3个地址输入端 。如果想对 4 位二进制代 码译码，只能利用一个控制端 作为第四个 输入端口。 因为 74LS138 的工作电压为 5V，所以采用 5V 的电压输入，用开关（ S1， S2， S3， S4 ）控制 4 个输入 端 其接通（高电平）和断开（低电平）。为了更加明显的显示出高低电平之分，用发光二极管来显示，当二极管亮灯时，输入为“ 1”，否则为“ 0” 因为二极管的工作电压小，所以分别接电阻来分压。 3 线 -8 线译码器 74LS138的功能表 nts 从 功能表我们都可以看到 74LS138 的八个输出管脚，任何时刻要么全为高电平 1 芯片处于不工作状态，要么只有 一个为低电平 0，其余7 个输出管脚全为高电平 1。如果出现两个输出管脚在同一个时间为0 的情况，说明该芯片已经损坏。 71LS138 有三个附加的控制端 E1、 E2和 E3。当 E1=1、 E2+E3=0 时，输出为高电平（ E 1），译码器处于工作状态。否则，译码器被禁止。所有的输出端被封锁在高电平，如表 3.3.5所示。这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多篇连接起来以扩展译码器的功能。 设计需要 用两个芯片（ 74LS138）来级联：取第两 片 74LS138 的E1 作为它的第四个地址输入端（同时令），并将第（ 1） 片的 E1 接至 74LS04的 2 端 ，将第（ 2）片的 E1 接至 74LS04的 1 端 ，于是得到两片 74LS138级联后的图如图 1.6：图 1.6 两片 74LS138 接成的4 线 16 线译码器 由上看出： 71LS138有三个附加的控制端 E1、 Ents2 和 E3 。当 、 时， 输出为高电平（ S 1）， 41 译码器处于工作状态。否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，如表一所示。这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将两个 138连接起来扩展为 4 线 -16 线译码器。无论从逻辑图还是功能表我们都可以看到 74LS138 的八个输出引脚 ，任何时刻要么全为高电平 1 芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平 0，其余 7 个输出引脚全为高电平 1。如果出现两个输出引脚同时为 0 的情况，说明该芯片已经损坏。如图 1.6，级联后， 138的三个输入端 A A A 连接后作为 4 线 -16 线译码器三个输入端， 138（ 1）的两个使能非门端S S 与 138（ 2）的使能端 S 连接后作为 4 线 -16 线译码器的一个输入端。而 138（ 1）的使能端 S 与 138（ 2）的两个使能非门端 S S 分别接高电平和低电平，仍然作为使能控制端。得到的 16 个输出端口即为 4 线 -16 线译码器的输出端。 （ 3）译码显示部分因为 4 线 -16 线译码器的输出端口中，任何时刻只能有一个端口输出为“ 0”，其余为“ 1”，因此可以用发光二极管负端与其相连，正端与电压相连，当二极管发光，则为对应端口为“ 0”输出。而二极管要与电源相连，所以需加分压电阻。经过在MUTISIM软件中的仿真及调试，得到匹配的分压电阻 R=1K 。 如图 3.3.9所示，于是得到两片 74LS138的输出分别为 nts 式（ 3.3.8）表明时第（ 1）片 74LS138 工作而第（ 2）片 74LS138 禁止，将的 0000 0111 这 8个代码译成 8个低电平信号。而式（ 3.3.9）表明时，第（ 2）片 74LS138 工作，第（ 1）片 74LS138 禁止，将的1000 1111这 8 个代码译成 8 个低电平信号。这样就用两个 3 8 线译码器扩展成一个 4线 16线的译码器了。 表 3.3.1 4-16译码器真值表 nts输 入 输 出 D3 D2 D1 D0 0Q 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7Q 8Q 9Q 10Q 11Q 12Q 13Q 14Q 15Q 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 3 1 电路原理图设计 nts 1.2.1 设计数据库文件的建立 启动步骤： 如图 。 或双击桌面上的图标： 执行菜单命令 File|New，系统将弹出新建设计数据库对话框。 开 始 图纸设置 加载元件库 放置元器件 调整元器件布局位置 进行布线及调整 存盘打印 nts PCB 板的设 计 （ 1）通过打开已存在的设计数据库文件启动 执行菜单命令 File|Open 或单击打开图标，在弹出的对话框中，在相应路径下找到要打开的设 计数据库文件名，单击打开按钮。 展开设计导航树，双击 Documents 文件夹，找到扩展名为 “.PCB” 的文件，单击该文件，就可启动 PCB 编辑器，同时将该 PCB 图纸载入工作窗口中。 （ 2）通过新建一个设计数据库文件进入 执行菜单命令 File|New，弹出新建设计数据库对话框。在 Database File Name文本框中键入设计数据库文件名，扩展名为 .ddb，单击 OK 按钮，即可建立一个新的设计数据库文件。 打开新建立的设计数据库中的 Documents 文件夹，再次执行菜单命令File|New，弹出如图 8.5 所示的 New Document（新建设计文档）对话框，选取其中的 PCB Document 图标，单击 OK 按钮，即在 Documents 文件夹中建立一个新的 PCB 文件，默认名为 “PCB1” ，扩展名为 .PCB，此时可更改文件名。 nts 图 8.5 New Document (新建设计文档 )对话框 双击工作窗口中的或单击设计导航树中的 PCB1.PCB 文件图标，就可启动 PCB编辑器，如图 8.6 所示。图中左边是 PCB 管理窗口，右边是工作窗口 。 图 8.6 PCB 编辑器 8.3 电路板的工作层 8.3.1 工作层的类型 执行菜单命令 Design|Option，系统将弹出如图 8.9 所示的 Document ntsOptions 对话框。 1. Signal layer(信号层 ) 信号层主要用于布置电路板上的导线。 Protel 99 SE提供了 32 个信号层，包括 Top layer（顶层）、 Bottom layer（底层）和 30 个 MidLayer（中间层）。 2. 确定电路板层的数目 单层电路板需要以下层： 顶层：仅放置元件。 底层：进行布线和焊接。 机械层：绘制电路板的边框（物理边界）。这里我们采用 Mechanical 4。 顶层丝印层：显示元件的轮廓和标注字符。 多层：用于显示焊盘。 图 9.26 单层电路板选定的层 nts 图 8.9 Document Options 对话框 9.1.2 放置元件 1. 放置元件的操作步骤 单击放置工具栏的 按钮，或执行菜单命令 Place|Component，来放置元件的封装形式。 弹出如图 9.2 所示的放置元件对话框。 nts 图 9.2 放置元件对话框 Footprint 文本框输入元件封装的名称（如 AXIAL0.3），如果不知道可单击 Browse按钮去元件封装库中浏览； Designator 文本框输入元件的标号（如 R1）； Comment 文本框输入元件的 型号或标称值（如 100K）。 设置完毕后单击 OK 按钮，光标变成十字形，并在光标上连接了所选的元件。移动光标到放置元件的位置，可用空格键旋转元件的方向，最后单击鼠标左键确定。 系统再次弹出放置元件的对话框，可继续放置元件。单击 Cancel 按钮，结束命令状态。 2元件的属性设置 在放置元件的命令状态下，按下 Tab 键；或用鼠标左键双击某元件；或用鼠标右键单击某元件，在弹出的快捷菜单中选择 Properties 命令；或执行菜单命令 Edit|Change，光标变成十字形，选取元件，均可弹出元件 属性设置对话框 Designator：设置元件的标号。 Comment：设置元件的型号或标称值。 Footprint：设置元件的封装。 Layer：设置元件所在的层。 Rotation：设置元件的旋转角度。 X-Location 和 Y-Location：元件所在位置的 X、 Y 方向的坐标值。 Lock Prims：此项有效，该元件封装图形不能被分解开。 nts Selection：此项有效，该元件处于被选取状态，呈高亮。 图 9.3 元件属性的 设置对话框 9.1.4 放置过孔 1放置过孔的步骤 单击放置工具栏的 按钮，或执行菜单命令 Place|Via。 光标变成十字形，将光标移到放置过孔的位置，单击鼠标左键，放置一个过孔。 将光标移到新的位置，可继续放置其它过孔。 单击鼠标右键，光标变成箭头形状，退出命令状态。 2过孔属性设置 Diameter：设定过孔直径。 Hole Size：设置过孔的通孔直径。 Start Layer、 End Layer：设定过孔的 开始层和结束层的名称。 Net：设定该过孔属于哪个网络。 nts 图 9.5 过孔属性设置对话框 9.1.5 放置导线 1. 放置导线的操作步骤 单击放置工具栏中的 按钮，其余步骤同原理图中的导线绘制。 2. 设置导线的参数 在放置导线过程中按下 Tab 键，弹出 Interactive Routing（交互式布线）设置对话框，如图 9.6 所示。主要设置导线的宽度、所在层和过孔 的内外径尺寸。 nts 图 9.6 Interactive Routing（交互式布线）设置对话框 在放置导线完毕后，用鼠标左键双击该导线，弹出导线属性对话框，如图 9.7 所示。 Width：导线宽度。 Layer：导线所在的层。 Net：导线所在的网络。 Locked：导线位置是否锁定。 Selection：导线是否处于选取状态。 Keep Out：该复选框选取， 则此导线具有电 气边界特性。 nts 图 9.7 导线属性设置对话框 3对放置好的导线进行编辑 用鼠标左键单击已放置的导线，导线状态如图 9.8（ a）所 示，有一条高亮线并带有三个高亮方块。 用鼠标左键单击导线两端任一高亮方块，光标变成十字 形。移动光标可任意拖动导线的端点，导线的方向被改 变 0)。如图 9.8（ b）所示。 用鼠标左键单击导线中间的高亮方块，光标变成十字形。 移动光标可任意拖动导线，此时直导线变成了折线，如图 9.8（ c）所示。 直导线变成了折线后，将光标移到折线的任一段上，按住 鼠标左键不放并移动它，该线段被移开，原来的一条导线 变成了两条导线。如图 9.8（ d）所示。 （ a） (b) (c) (d) nts图 9.8 导线的编辑操作 4切换导线的层 如何让一条导线位于两个不同的信号层上？以双面电路板为例，操作步骤如下： 在顶层放置一条导线，在默认状态下，导线的颜色为红色。 9 在导线的终点，按下小键盘的 “*” 键，你会发现当前层变成了底层，并在导线的终点处自动添加了一个过孔，单击鼠标左键，确定过孔的位置。 继续移动光标放置导线，在默认状态下，导线的颜色变成了蓝色。效果如图9.9 所示。 图 9.9 将一条导线放置在两个信号层上 9.1.6 放置连线 连线一般是在非电气层上绘制电路板的边界、元件边界、禁止布线边界等，它不能连接到网络 上，绘制时不遵循布线规则。而导线是在电气层上元件的焊盘之间构成电气连接关系的连线，它能够连接到网络上。在手工布线时，放置导线和放置连线一般不加以区分，但在自动布线时，要采用放置导线（交互式布线）的方法。所以导线与连线还是有所区别的。 单击放置工具栏的 按钮，或执行菜单命令 Place|Line 可放置连线。 nts9.1.3 放置焊盘 1放置焊盘的步骤 单击放置工具栏中的按钮，或执行菜单命令 Place|Pad。 光标变为十字形，光标中心带一个焊盘。将光标 移到放置焊盘的位置，单击鼠标左键，便放置了一个焊盘。注意，焊盘中心有序号。 这时，光标仍处于命令状态，可继续放置焊盘。单击鼠标右键或双击鼠标左键，都可结束命令状态。 2设置焊盘的属性 （ 1） Properties 选项卡 Use Pad Stack 复选框：设定使用焊盘栈。此项有效，本栏将不可设置。 X-Size、 Y-Size：设定焊盘在 X 和 Y 方向的尺寸 nts 图 9.4 焊盘属性对话框 Shape：选择焊盘形状。从下拉框中可选择焊盘形状，有 Round（圆形）、 Rectangle（正方形）和 Octagonal（八角形）。 Designator：设定焊盘的序号，从 0 开始。 Hole Size：设定焊盘的通孔直径。 Layer：设定焊盘的所在层，通常在 Multi Layer（多层）。 Rotation：设定焊盘旋转角度。 X-Location、 Y-Location：设定焊盘的 X 和 Y 方向的坐标值 Locked ：此项有效，焊盘被锁定。 Selection：此项有效，焊盘处于选取状态。 Testpoint：将该焊盘设置为测试点。有两个选项，即 Top 和 Bottom。设为测试点后，在焊盘上会显示 Top 或 Bottom Test-Point 文本，且 Locked属性同时被选取，使之被锁定。 （ 2） Pad Stack（焊盘栈）选项卡 在 properties 选项卡中， Use Pad Stack 复选框有效时，该选项卡才有效。 在该选项卡中，是关于焊盘栈的设置项。焊盘栈就是在多层板中同一焊盘在顶层、中间层和底层可各自拥有不同的尺寸与形状。 nts 分别在 Top、 Middle 和 Bottom三个区域中，设定焊盘的大小和形状。 3. 确定电路板的尺寸大小 本例中定义该板为长方形， X 方向长 2360mil， Y 方向高 2560mil。具体操作步骤如下： 选择当前工作层为机械层：用鼠标单击图 9.26 中工作层标签的 Mechanical 4，则当前工作层变为机械层。 设置当前原点。 执行菜单命令 Place|Line，或单击放置工具栏的放置 按钮，按照四个端点的坐标：（ 0， 0）、（ 2360， 0）、（ 2360， 2560）和（ 0， 2560）绘制电路板的物理边界。 图 9.27 绘制好的电路板外形边界 9.1.11 放置尺寸标注 单击放置工具栏中的 按钮，或执行菜单命令Place|Dimension 可放置尺寸标注。 （ 4）绘制圆 单击放置工具栏的 按钮，或执行菜单命令 Place|Full Circle。 nts 光标变成十字形，单击鼠标，确定圆的圆心；再移动光标，拉出 一个圆，确定圆的半径，单击鼠标确认。 单击鼠标右键，结束命令状态，完成一个圆的绘制。 2编辑圆弧 Width：设置圆弧的线宽。 Layer：设置圆弧所在层。 Net：设置圆弧所连接的网络。 X-Center 和 Y-Center：设置圆弧的圆心坐标。 Radius：设置圆弧的半径。 Start Angle 和 End Angle：设置圆弧的起始角度和终止角度。 图 9.2
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